DE2742618A1

DE2742618A1 - GAS TURBINE DRIVE SYSTEM

Info

Publication number: DE2742618A1
Application number: DE19772742618
Authority: DE
Inventors: Sven-Olof Prof Kronogaard
Original assignee: KRONOGAARD SVEN OLOF PROF
Current assignee: KRONOGAARD SVEN OLOF PROF
Priority date: 1976-09-24
Filing date: 1977-09-22
Publication date: 1978-03-30
Also published as: FR2365731B1; GB1538645A; US4220057A; SE7610579L; JPS5344710A; IT1089892B; SE401711B; JPS6135368B2; FR2365731A1; US4326375A; DE2742618C2

Description

Sven-Olof Kronogärd 18 014/5 60/koSven-Olof Kronogärd 18 014/5 60 / ko

Karstorpsvagen 31 234 00 LOMMAKarstorpsvagen 31 234 00 LOMMA

GasturbinenantriebsanlageGas turbine propulsion system

Bekannte Antriebsturbinen insbesondere für Fahrzeuge veisen eine freie Nutzturbine als letzte Stufe auf und bieten gevisse Schwierigkeiten. Die Hilfsaggregate der Anlage verden bevorzugt vom Gaserzeuger aus angetrieben, um zu ermöglichen, daß die Nutzturbine ein volles Startdrehmoment von etva 2:1 erzeugt, und um darüberhinaus den Drehmomentwandler in einem Automatikgetriebe (in der Regel ein Drehmomentwandler und drei Vorwärts- sowie ein Rückwärtsgang bei einem üblichen Kraftfahrzeug) mit den entsprechenden Verlusten und Kosten wegfallen lassen zu können. Durch Anfügung des Hilfsantriebes an den Gaserzeuger hat dieser jedoch eine geringe Beschleunigungsleistung oder ist Übertemperatüren ausgesetzt, was zu einem erhöhten Brennstoffverbrauch und Problemen bezüglich des Schadstoffanteils insbesondere an Stickoxyden in den Abgasen und hinsichtlich der Standzeit der Bauteile, insbesondere der wärmebelasteten Bauteile, bringt. Um solche Probleme zu vermeiden, ist ein hydraulischer Drehmomentwandler wieder vorgesehen worden, der dann das volle Ausgangsdrehmoment aufnehmen muß. Auf diese Weise können die Hilfsaggregate von der Nutzturbine aus angetrieben werden, die stets dreht, wenn die Anlage in Betrieb ist, und welche die Pumpe für die hydraulischen Drehmomentwandler antreibt. Dies führt jedoch zu zusätzlichen Kosten. Um diese zu vermindern, ist eine direkte Formschlußkupplung in den hydraulischen Drehmomentwandler eingeführt worden, die bei hohen Drehzahlen den DrehmomentwandlerKnown drive turbines, especially for vehicles, have a free power turbine as the last stage and offer certain difficulties. Verden the auxiliary units of the system preferably driven by the gas generator to enable the power turbine to have a full starting torque of around 2: 1 generated, and moreover, the torque converter in one Automatic transmission (usually a torque converter and three forward and one reverse gear in a conventional motor vehicle) with the corresponding losses and costs can be omitted. By adding the auxiliary drive to the gas generator, however, this has a low acceleration performance or is exposed to excessive temperatures, which leads to increased fuel consumption and problems with regard to the proportion of pollutants, in particular nitrogen oxides in the exhaust gases, and with regard to the service life of the components, in particular of the heat-loaded components. In order to avoid such problems, a hydraulic torque converter has again been provided, which must then absorb the full output torque. In this way, the auxiliary equipment from the Power turbine are driven from, which always rotates when the system is in operation, and which drives the pump for the hydraulic torque converter. However, this leads to additional costs. In order to reduce this, a direct positive locking coupling has been introduced into the hydraulic torque converter, which acts as a torque converter at high speeds

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verriegelt und so SchlupfVerluste vermeidet. Der praktische Einsatz hat jedoch gezeigt, daß diese Verriegelung leicht vergessen wird und auch unter Berücksichtigung des Antriebs der Hilfsaggregate nur bei außerordentlich hohen Geschvindigkeiten verwendet wird, was bedeutet, daß der Brennstoffverbrauch bei Teillast hoch ist. Dies wird besonders bei überlastung der Anlage durch zu hohes Gegenmoment fühlbar, wenn die Drehzahl der Antriebsturbine ansteigt und das Drehmomentverhältnis von 2:1 zu etwa 1,5:1 vermindert wird, was durch den Drehmomentwandler kompensiert werden muß.locked, thus avoiding slippage losses. The practical one However, use has shown that this locking is easily forgotten and also taking into account the drive the auxiliary equipment is only used at extremely high speeds, which means that the fuel consumption is high at part load. This is especially true in the event of overload of the system can be felt due to excessive counter-torque when the speed of the drive turbine increases and the torque ratio increases is reduced from 2: 1 to about 1.5: 1, which must be compensated for by the torque converter.

Mit der vorliegenden Erfindung sollen diese Schwierigkeiten dadurch vermieden werden, daß eine Gasturbinenantriebsanlage mit Getriebe geschaffen wird, welche es ermöglicht, daß die Abtriebswelle bis zum Stillstand abgebremst wird, ohne daß die Drehzahl der Nutzturbine auf einen Wert absinkt, der unterhalb desjenigen Wertes liegt, der für den Betrieb der Hilfsaggregate erforderlich ist. Dies wird durch ein System erzielt, velches keine hydraulischen oder sonstigen schlußfbehafteten Bauteile für das volle Drehmoment der Anlage aufweist, während gleichzeitig die gewünschte Anzahl von Übersetzungsabstufungen im Vorwärts- und Rückwärtslauf erzielbar ist.The present invention addresses these difficulties be avoided by creating a gas turbine drive system with a gearbox which enables the The output shaft is braked to a standstill without the speed of the power turbine falling to a value below the value that is required for the operation of the auxiliary equipment. This is achieved through a system called velches has no hydraulic or other components subject to closure for the full torque of the system, while at the same time the desired number of gear ratios can be achieved in the forward and reverse direction.

Die Gasturbinenantriebsanlage ist darüberhinaus so ausgelegt, daß dasselbe Gehäuse mit anderen Hauptkomponenten sowohl Zweiais auch Dreiwellen-Turbinen aufnehmen kann, wobei die erste Alternative mit zwei oder drei Stufen und die zweite Alternative mit drei Stufen, die vorzugsweise gegensinnig umlaufen, ausgeführt werden kann.The gas turbine propulsion system is also designed so that the same housing with other main components both two axles can also accommodate three-shaft turbines, the first alternative with two or three stages and the second alternative executed with three stages, which preferably run in opposite directions can be.

Das Getriebe ist so ausgelegt, daß es ohne wesentliche Änderungen für alle vorstehend angesprochenen Systeme vervendet werden kann.The transmission is designed in such a way that it can be used for all of the systems mentioned above without significant changes can.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungs- Further details, features and advantages of the invention emerge from the following description of embodiments

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beispielen anhand der Zeichnung, insbesondere in Verbindung mit den Ansprüchen. Es zeigtexamples based on the drawing, in particular in conjunction with the claims. It shows

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Gasturbinenantriebsanlage, bei der die Nutzturbine zweistufig ausgebildet ist,Fig. 1 shows a gas turbine drive system according to the invention, at which the power turbine is designed in two stages,

Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform mit zwei getrennten2 shows a modified embodiment with two separate ones

Ausgangsstufen, wobei die Turbine grundsätzlich so ausgelegt ist, daß eine der Stufen weggelassen werden kann,Output stages, whereby the turbine is basically designed so that one of the stages can be omitted,

Fig. 3 eine weiter abgewandelte Ausführungsform mit zwei Ausgangsstufen,3 shows a further modified embodiment with two output stages,

Fig. 4 eine Ausführungsform mit nur einer Ausgangsstufe,4 shows an embodiment with only one output stage,

Fig. 5 eine wiederum anders abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage,Fig. 5 shows another modified embodiment of a plant according to the invention,

Fig. 5A eine Abwandlung einer Einzelheit der Ausführungsform gemäß Fig. 5 und5A shows a modification of a detail of the embodiment according to FIGS. 5 and

Fig. 6 eine noch weiter abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage, wobei im Falle der Ausführungsformen gemäß Fig. 5 und 6 die Lamellenkupplungen der vorherigen Ausführungsformen durch variable Übersetzungen ersetzt sind.6 shows an even further modified embodiment of a system according to the invention, wherein in the case of the embodiments according to FIGS. 5 and 6, the multi-plate clutches of the previous embodiments are replaced by variable translations.

Die in Fig. 1 veranschaulichte Gasturbinenantriebsanlage weist einen Verdichter 10 und einen Turbinenläufer 11 auf, der auf der gleichen Welle 12 wie der Verdichter 10 gelagert ist und diesen antreibt. Der Verdichter führt verdichtete Luft einer Brennkammer 13 zu. Das dort erzeugte Gas durchsetzt zunächst die Verdicht er turbine 11 und anschließend zwei weitere Läufer 15 und 16 einer Nutzturbine, die auf einer gemeinsamen Welle 14 laufen. Leitschaufeln 17 mit variabler Geometrie sind zwischen die Läufer 11 und 15 eingesetzt, während feste Leitschaufeln 18 zwischen die Läufer 15 und 16 eingesetzt sind.The gas turbine drive system illustrated in FIG. 1 has a compressor 10 and a turbine rotor 11 which the same shaft 12 as the compressor 10 is mounted and drives this. The compressor supplies compressed air to a combustion chamber 13. The gas generated there initially penetrates the compressor he turbine 11 and then two further runners 15 and 16 of a power turbine running on a common Run wave 14. Variable geometry guide vanes 17 are inserted between the rotors 11 and 15, while fixed guide vanes 18 are inserted between the rotors 15 and 16.

Das Drehmoment wird über ein insgesamt mit 19 bezeichnetesThe torque is indicated by a total of 19

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Planetengetriebe auf die Abtriebswelle 38 übertragen. Die Wellen 11 und 14 drehen gegensinnig, und ein Ritzel 20 auf der Welle 14 kämmt mit einem Ritzel 22 auf der Eingangswel-Ie 23 des Planetengetriebes 19 über ein Zwischenrad 21. Die Eingangswelle 23 ist an den Planetenradträger 24 des Planetengetriebes 19 angeschlossen. Diese Welle treibt darüberhinaus die Hilfsaggregate der Anlage wie die Brennstoffpumpe, den Elektrogenerator usw., die insgesamt bei 25 schematisch veranschaulicht sind. Wenn die Läufer 11 und 14 gleichsinnig umlaufen, so kann das Zwischenrad 21 weggelassen werden.Planetary gear transmitted to the output shaft 38. the Shafts 11 and 14 rotate in opposite directions, and a pinion 20 on shaft 14 meshes with a pinion 22 on the input shaft 23 of the planetary gear 19 via an intermediate gear 21. The input shaft 23 is connected to the planetary gear carrier 24 of the planetary gear 19 connected. This shaft also drives the auxiliary units of the system such as the fuel pump, the Electric generator, etc., which are illustrated schematically at 25 as a whole. If the carriages 11 and 14 rotate in the same direction, so the intermediate gear 21 can be omitted.

Die Planetenräder 26 sind abgestuft ausgebildet, weisen also einstückige Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern auf. Die Abschnitte mit den größeren Durchmessern, die mit Index a bezeichnet sind, dienen zum Abtrieb, während die Abschnitte mit dem kleineren Durchmesser, die mit dem Index b bezeichnet sind, mit den verschiedenen Bauteilen zur Erzielung unterschiedlicher Untersetzungsverhältnisse zusammenarbeiten.The planet gears 26 are stepped, that is, they have one-piece sections with different diameters. The sections with the larger diameters, denoted by index a, are used for output, while the sections with the smaller diameter, which are denoted by the index b, with the various components to achieve different Reduction ratios work together.

Das mit den Planetenradabschnitten 26a zusammenarbeitende Sonnenrad 27 ist an ein stufenlos änderbares Übersetzungsgetriebe 28 angeschlossen, von dem über ein Getriebe 29 zusätzliche Antriebsleistung auf die Welle 12 der Verdichterturbine gegeben werden kann. Ein Freilauf 30 oder eine Kupplung ist zwischen das Getriebe 29 und die Welle 12 eingesetzt. Mit Rücksicht auf die grundsätzliche Zweckmäßigkeit, Spannungen zu vermindern und ein geringes Trägheitsmoment zu erzielen, ist die Verdichterturbine 11 bezüglich des Leistungsbedarfes für den Antrieb des Verdichters 10 unterdimensioniert. Die erforderliche zusätzliche Leistung kann für alle Betriebsbedingungen über die variable übersetzung der Verdichterturbine 11 zugeführt werden. Die höhere Trägheitsmasse der Nutzturbine, die aus zwei Läufern besteht, kann zur Beschleunigung des Verdichters herangezogen werden. The sun gear 27 cooperating with the planet gear sections 26a is connected to a continuously variable transmission gear 28 connected, from which via a gear 29 additional drive power to the shaft 12 of the compressor turbine can be given. A freewheel 30 or a clutch is inserted between the gear 29 and the shaft 12. With consideration on the fundamental expediency of reducing stresses and achieving a low moment of inertia is the Compressor turbine 11 with respect to the power requirement for the Drive of the compressor 10 is undersized. The required additional power can be used for all operating conditions are fed to the compressor turbine 11 via the variable transmission. The higher inertial mass of the power turbine, the consists of two rotors, can be used to accelerate the compressor.

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Ein Teil des Gehäuses des Planetengetriebes ist bei 31 veranschaulicht und umgibt eine Lamellenkupplung, welche zur Verriegelung der einzelnen Komponenten des Getriebes dient, wodurch unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse des Getriebes ebenso wie eine Richtungsumsteuerung erzielbar sind. Die Kupplung weist ein drehbares Gehäuse 32 auf, welches am Sonnenrad 33 gelagert ist und mit den kleineren Enden der Planetenräder zusammenarbeitet. Ein erstes Ringrad 34 arbeitet ebenfalls mit den kleineren Abschnitten 26b der Planetenräder zusammen. Zwischenräder 33 sind zwischen den kleineren Abschnitten 26b und dem Ringrad 34 vorgesehen. Eine erste Kupplungslamelle 35 dient zur Verriegelung der Planetenräder 26 gegenüber dem drehbaren Gehäuse 32, während eine zweite Lamelle 36 dazu dient, das drehbare Gehäuse 32 gegenüber dem stationären Getriebegehäuse 31 festzulegen. Ein dritte Lamelle 37 dient zur Verriegelung des Ringrades 34 gegenüber dem stationären Gehäuse.Part of the housing of the planetary gear is illustrated at 31 and surrounds a multi-plate clutch, which is used to lock the individual components of the transmission, whereby different gear ratios of the transmission as well as a change of direction can be achieved. The coupling has a rotatable housing 32 which is mounted on the sun gear 33 and with the smaller ends of the planet gears cooperates. A first ring gear 34 also cooperates with the smaller portions 26b of the planetary gears. Intermediate gears 33 are provided between the smaller sections 26b and the ring gear 34. A first clutch plate 35 is used to lock the planet gears 26 with respect to the rotatable housing 32, while a second lamella 36 serves to fix the rotatable housing 32 with respect to the stationary gear housing 31. A third lamella 37 is used for locking the ring gear 34 with respect to the stationary housing.

Bei normalem Antrieb in Vorwärtsfahrt ist keine der Lamellen in Eingriff. Die Festlegung des Sonnenrades 33 gegenüber dem stationären Gehäuse 31 führt zu einem geringen Übersetzungsverhältnis, während eine Festlegung des Ringrades 34 am stationären Gehäuse 31 zu Rückwärtslauf führt. Eine Verriegelung des Planetenradträgers am Sonnenrad 33 über das drehbare Gehäuse 32 ergibt einen Direktgang.With normal drive in forward travel, none of the slats is in engagement. The definition of the sun gear 33 compared to the stationary housing 31 leads to a low transmission ratio, while a fixation of the ring gear 34 on the stationary housing 31 leads to reverse rotation. A lock of the planetary gear carrier on the sun gear 33 via the rotatable housing 32 results in a direct gear.

Die Abtriebswelle 38 ist mit einem Ringrad 40 verbunden, welches mit den größeren Abschnitten 26a der Planetenräder über ein Getriebe 39 in Verbindung steht.The output shaft 38 is connected to a ring gear 40, which is connected to the larger sections 26a of the planetary gears via a gear 39.

Hierdurch wird eine kompakte Einheit mit guten Wechsel-Übersetzungsverhältnissen ebenso wie eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Wahl der Übersetzungsverhältnisse erzielt. Da die erste Turbinenstufe 11, die den heißesten Gasen ausgesetzt ist, unterdimensioniert ist uniPvergleichsweise geringer Umfangs-This creates a compact unit with good alternating gear ratios as well as a high degree of flexibility in terms of the choice of gear ratios. There the first turbine stage 11, which is exposed to the hottest gases, is undersized and is comparatively small in circumference

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geschwindigkeit umläuft, kann der Gaserzeuger mit vergleichsweise hoher Geschwindigkeit und/oder erhöhter Maximaltemperatur T _a betrieben werden, wenn die Geschwindigkeit der Nutzturbine vermindert wird, was einen Beitrag zur Verbesserung des Wirkungsgrades und der Drehmomentübertragungen leistet.speed rotates, the gas generator can be operated at a comparatively high speed and / or increased maximum temperature T _a when the speed of the power turbine is reduced, which contributes to improving the efficiency and the torque transmissions.

Je nach der gewünschten Drehrichtung im Bereich der Turbinenläufer und den gewünschten Wechsel-Übersetzungsverhältnissen können Zwischenräder oder Umkehrräder an verschiedenen Stellen eingefügt werden, beispielsweise in der veranschaulichten Weise am Untersetzungsgetriebe der Nutzturbine, oder zwischen den abgestuften Planetenrädern und einigen der Sonnen- oder Ringräder, die damit bei Rückkopplung zum Gaserzeugungsbereich zusammenarbeiten, oder an der Endstufe der Abtriebswelle.Depending on the desired direction of rotation in the area of the turbine rotor and the desired change gear ratios can be idler gears or reversing gears in different places are inserted, for example in the manner illustrated on the reduction gear of the power turbine, or between the stepped planetary gears and some of the sun or ring gears, which thus provide feedback to the gas generation area work together, or at the output stage of the output shaft.

Wenn zwei Komponenten des Planetengetriebes verriegelt sind, ist auch die Abtriebswelle verriegelt, was beispielsweise als Park- oder Haltebremse und/oder zur automatischen Vermeidung eines Rollens an Gefällen während eines dortigen Halts verwendet werden kann, ohne daß die eigentlichen Radbremsen eingesetzt werden.When two components of the planetary gear are locked, the output shaft is also locked, which, for example, as Parking or holding brake and / or used to automatically avoid rolling on slopes during a stop there can be used without the actual wheel brakes being used.

Die erläuterte Ausführungsform kann ebenso wie die nachfolgend erläuterten Ausführungsformen mit einem Wärmetauscher versehen werden, wo die Restwärme in den Abgasen von der Turbine zur Vorwärmung der in die Brennkammer 13 eingeführten Luft nutzbar gemacht werden kann.The embodiment explained, like the embodiments explained below, can be provided with a heat exchanger where the residual heat in the exhaust gases from the turbine can be used to preheat the air introduced into the combustion chamber 13 can be made.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist dasselbe Getriebe wie im Falle der Fig. 1 vorgesehen, ist jedoch der Turbinenbereich geringfügig abgeändert. Dieselben Bezugszeichen bezeichnen bei allen Ausführungsformen die entsprechenden Bauteile.In the embodiment according to FIG. 2, the same transmission is as provided in the case of FIG. 1, however, the turbine area is slightly modified. The same reference symbols denote at the corresponding components in all embodiments.

Anstelle von zwei untereinander verbundenen Nutzturbinenläufern und 16 sind zwei separate Turbinenläufer 13a und 16a bei der Aus-Instead of two power turbine rotors connected to one another and 16 are two separate turbine rotors 13a and 16a in the

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führungsform gemäß Fig. 2 vorgesehen, die jedoch im wesentlichen in demselben Gehäuse vie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 untergebracht sind. Der Läufer 16a ist auf einer Welle 14a gelagert, die ein Rad 22 und so den Planetenradträger 24 antreibt.Guide form according to FIG. 2 is provided, but essentially in the same housing as in the embodiment according to FIG. 1 are housed. The rotor 16a is mounted on a shaft 14a which drives a wheel 22 and thus the planetary gear carrier 24.

Der Rotor 15a ist auf einer Welle 14b gelagert und ist über ein Getriebe 45 mit dem Sonnenrad 33 verbunden. Der Turbinenläufer 15a ist ebenso wie die zugehörige Welle und das zugehörige Getriebe in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet. Durch nur ganz geringe Änderungen und durch Einsetzen einiger zusätzlicher Teile ist es möglich, die Turbine gemäß Fig. 2 in eine zweistufige Turbine umzuwandeln. Eine solche einfache Lösung kann für verschiedene Anwendungsfälle von Interesse sein, wobei sich eine Verminderung der Gestehungskosten dadurch ergibt, daß eine große Anzahl der Bauteile der in größerer Serie gebauten dreistufigen Turbine verwendet werden kann.The rotor 15a is mounted on a shaft 14b and is via a Gear 45 connected to sun gear 33. The turbine runner 15a is just like the associated shaft and the associated Transmission shown in dashed lines in FIG. 2. With only very minor changes and by adding a few additional ones Parts, it is possible to convert the turbine according to FIG. 2 into a two-stage turbine. Such a simple solution can be be of interest for various applications, resulting in a reduction in prime costs, that a large number of the components of the three-stage turbine built in larger series can be used.

Bei einer dreistufigen Antriebsturbine für Fahrzeugantrieb wird von einer Nutzturbine der Hauptabtrieb abgenommen, wobei diese Turbine bis zum Stillstand abgebremst wird, wenn das Fahrzeug durch Bremsung zum Halten gebracht wird, während die andere Nutzturbine weiterdrehen muß, um die Hilfsaggregate mit Energie zu versorgen. Unter Aufrechterhaltung der Relativstellungen der Läufer im Gehäuse ist es möglich, zwischen diesen Betriebszuständen der beiden Läufer zu schalten, vie dies in Fig. 3 veranschaulicht ist.With a three-stage drive turbine for vehicle propulsion the main output is taken from a power turbine, whereby this turbine is braked to a standstill if the vehicle is brought to a stop by braking while the other power turbine must continue to rotate to the auxiliary units to provide with energy. While maintaining the relative positions of the rotors in the housing, it is possible to switch between these operating states of the two rotors, like this is illustrated in FIG. 3.

Im Falle der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist der vordere Nutζturbinenlaufer 15b an den Planetenradträger 24a mittels einer Welle 14c und eines Getriebes 45a angeschlossen. Der hintere Läufer 16b ist über eine Welle 14d, ein Zwischenrad 21a und ein Getrieberad 22a an eine Welle 23a angeschlossen. Die Welle 23a ist an ein Sonnenrad 33a angeschlossen, welches mit den kleineren Abschnitten der Planetenräder 26 zusammenarbeitet. Auch bei dieser Ausführungsform kann eine große Anzahl der Bau-In the case of the embodiment of FIG. 3, the front Nutζturbinenlaufer 15b to the planet carrier 24a by means of a shaft 14c and a gear 45a connected. The rear rotor 16b is via a shaft 14d, an intermediate gear 21a and a gear 22a connected to a shaft 23a. The shaft 23a is connected to a sun gear 33a, which with the smaller portions of the planetary gears 26 cooperates. In this embodiment, too, a large number of structural

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teile im Turbinenbereich und im Getriebebereich den vorherigen Ausführungsformen entsprechen.parts in the turbine area and in the gear area correspond to the previous embodiments.

In Fig. 4 ist eine vereinfachte AusfUhrungsform einer zweivelligen Turbine veranschaulicht, die im wesentlichen dem Konzept gemäß Fig. 2 entspricht. Auch in diesem Falle ist die Verdichterturbine 11 unterdimensioniert, jedoch nicht in dem Maße wie bei vorhergehenden Ausführungsformen. Die meisten der Bauteile sind ebenfalls gleich. Die spezifische Leistungsund Drehmomentübertragung ist in dieser vereinfachten Version ebenfalls vermindert, und zur Kompensation hierfür ist ein Auslaßdiffusor 50 von spezieller Bauart vorgesehen. Die Eintrittsränder der Diffusorschaufeln sind bogenförmig ausgebildet und in ihrer Winkelstellung einstellbar. Der Verdichter kann darüberhinaus mit einstellbaren Diffusorschaufeln versehen sein, um seine Leistung zu erhöhen und eine höhere Flexibilität bei Teillast zu erzielen.In Fig. 4 is a simplified embodiment of a two-cell Turbine illustrated, which corresponds essentially to the concept of FIG. In this case, too, is the Compressor turbine 11 undersized, but not in that Dimensions as in previous embodiments. Most of the components are also the same. The specific performance and Torque transmission is also reduced in this simplified version, and to compensate for this there is a Outlet diffuser 50 of special design is provided. The inlet edges of the diffuser blades are arcuate and adjustable in their angular position. The compressor can also be equipped with adjustable diffuser blades to increase its performance and achieve greater flexibility at part load.

In Fig. 5 ist eine Abwandlung der zweiwelligen Ausführungsform gemäß Fig. 4 veranschaulicht. Dabei sind im wesentlichen dieselben Bauteile verwendet, jedoch ist ein Auslaßdiffosor 51 mit stationären Schaufeln versehen. Anstelle der Lamellenbremsen, die bei den vorherigen Ausführungsformen zum Einsatz gelangt sind, ist diese Anlage mit einem stufenlos änderbaren übersetzungsgetriebe 52 versehen, welches eine stufenlose Änderung des Übersetzungsverhältnisses sowohl im Vorwärtslauf als auch im Rückwärtslauf ermöglicht. Dies kann ohne gegenüber den Schlupfverlusten im Bereich der Nutzturbine zusätzliche Schlupfverluste geschehen, wobei die Verluste im Bereich der Nutzturbine zu einem hohen Prozentsatz von beispielsweise 90 bis 95% im Wärmetauscher wiedergewonnen werden können, der in der Zeichnung nicht näher veranschaulicht ist, jedoch zur Standardausrüstung derartiger Anlagen gehört.In Fig. 5 is a modification of the twin-shaft embodiment illustrated in FIG. 4. Essentially the same components are used, but an outlet diffuser 51 is used provided with stationary blades. Instead of the multi-disc brakes used in the previous embodiments are, this system is provided with a continuously variable transmission gear 52, which allows a stepless change in the gear ratio both in the forward direction as also enabled in reverse. This can be done without additional slip losses compared to the slip losses in the area of the power turbine happen, with the losses in the area of the power turbine to a high percentage of for example 90 to 95% can be recovered in the heat exchanger, which is not illustrated in detail in the drawing, but becomes standard equipment of such facilities.

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In Fig. 5A ist eine Abwandlung einer Einzelheit der Ausführungsform gemäß Fig. 5 veranschaulicht, wobei eine zwischengeschaltete Übersetzungsstufe 52a vorgesehen ist.In FIG. 5A, a modification of a detail of the embodiment according to FIG. 5 is illustrated, with an intermediate transmission stage 52a being provided.

Fig. 6 zeigt eine weitere Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig. 4, wobei der Turbinenbereich und der Bereich des Planetengetriebes im wesentlichen gleich ausgebildet sind.FIG. 6 shows a further modification of the embodiment according to FIG. 4, the turbine area and the area of the Planetary gear are formed essentially the same.

Die Welle 23 der Nutzturbine 15 ist über die Welle 14 und das Getrieberad 22 an den Planetenradtrager 24 angeschlossen. Der Planetenradträger arbeitet darüberhinaus über eine stufenlos änderbare übersetzung 60, welche mit einem Ringrad 40 verbunden ist, mit den größeren Enden der Planetenräder 26 zusammen.The shaft 23 of the power turbine 15 is connected to the planet gear carrier 24 via the shaft 14 and the gear wheel 22. Of the In addition, the planetary gear carrier works with the larger ends of the planetary gears 26 via a continuously variable transmission 60, which is connected to a ring gear 40.

Die Abtriebsleistung wird vom Ringrad 34 abgenommen, welches mit den kleineren Enden der Planetenräder 26 zusammenarbeitet, wobei die so abgenommene Leistung über ein Getriebe 61 der Abtriebswelle zugeleitet wird.The output power is taken from the ring gear 34, which works together with the smaller ends of the planet gears 26, The power thus removed is fed to the output shaft via a gear 61.

Zusätzliche Antriebsleistung wird der Welle 12 der Verdichter— turbine in dieser Ausführungsform über das Sonnenrad 33 zugeführt, welches mit den kleineren Abschnitten der Planetenräder 26 zusammenarbeitet. Stufenlos änderbare Übersetzungen 28 und 60 sind vorgesehen, die im wesentlichen gleiche Form und Größe aufweisen können, jedoch hinsichtlich ihrer Einschaltung unterschiedlich sind. Diese Anordnung ermöglicht eine hohe Flexibilität und eine einfache Konzeption. In einer abgewandelten Ausführungsform kann eine besondere Übersetzungsstufe und/ oder eine Umsteuerstufe, ähnlich wie im Falle der Fig. 5A, vor dem Getriebe 60 eingesetzt werden, um den Übersetzungsbereich zu ändern.Additional drive power is provided to shaft 12 of the compressor In this embodiment, the turbine is supplied via the sun gear 33, which cooperates with the smaller sections of the planet gears 26. Infinitely variable ratios 28 and 60 are provided which may be of substantially the same shape and size, but with regard to their inclusion are different. This arrangement enables a high degree of flexibility and a simple design. In a modified embodiment, a special gear ratio and / or a reversing stage, similar to that in the case of FIG to change.

Die abgestuften Planetenräder können auf verschiedene Weise abgewandelt werden und können beispielsweise mit zylindrischen oder konischen Zähnen versehen werden.The stepped planet gears can be modified in various ways and can, for example, with cylindrical or conical teeth.

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Da die Zeichnung auf die im Rahmen der Erfindung wesentlichen Einzelheiten abhebt und Nebensächlichkeiten nicht dargestellt sind, kann wegen weiterer Einzelheiten im Aufbau der einzelnen Ausführungsformen ohne Erläuterung im einzelnen auf die entsprechenden Figuren ausdrücklich Bezug genommen werden. Wie die vorstehende Beschreibung zeigt, ist die Erfindung nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt, sondern sind vielfache Abwandlungen und Abänderungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wobei Bauteile wie Turbinenoder Verdichterstufen, Übersetzungsstufen, Freiläufe und Kupplungen hinzugefügt oder weggelassen werden können.Since the drawing focuses on the details essential within the scope of the invention and incidental matters are not shown, express reference can be made to the corresponding figures for further details in the structure of the individual embodiments without detailed explanation. As the above description shows, the invention is not limited to the embodiment shown, but many modifications and changes are possible without departing from the scope of the invention, with components such as turbine or compressor stages, transmission stages, freewheels and clutches being able to be added or omitted.

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Claims

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Sven-Olof Kronogärd 18 014/5 60 / ko

Karstorpsvägen 31
234 00 LOMMA

Patent (protection) claims

Gas turbine drive system with a compressor, with a turbine for driving the compressor, which with respect to the The power consumption of the compressor during normal operation is less than is dimensioned, and with at least one power turbine, the turbine rotor by means of stepped planetary gears are connected to one another, to which both the output shaft and the auxiliary units of the system are connected, characterized in that the input torque into the Gear initiated on the planet carrier (24) and either on the larger sun gear (33) or the smaller ring gear (34) is given that the output torque for the Output shaft (38) as well as for an auxiliary drive of the compressor turbine (11) on the section (26a) of larger diameter of the stepped planetary gears (26) is removed, and that the opposite, smaller section (26b) of the stepped Planet gears (26) cooperate with the components (32, 35 »36, 37; 52, 60) to change the transmission ratio.

2. Gas turbine plant according to claim 1, characterized in that a sun gear (33) which meshes with the sections (26b) of smaller diameter of the stepped planetary gears (26) is connected to a multi-plate clutch (32, 35) with which on the one hand the stepped Planet gears (26) with respect to a housing (31) surrounding the gearbox and other

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ORIGINAL INSPECTED

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seits das Sonnenrad (33) gegenüber dem drehbaren Gehäuse (32) der Kupplung festlegbar ist.on the other hand, the sun gear (33) relative to the rotatable housing (32) of the clutch can be fixed.

3. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein äußeres Ringrad (34) mit den Abschnitten (26b) kleineren Durchmessers der Planetenräder (26) zusammenarbeitet und gegenüber dem Gehäuse (31) des Getriebes festlegbar ist.3. Gas turbine plant according to claim 1 or 2, characterized in that an outer ring wheel (34) with the sections (26b) Smaller diameter of the planetary gears (26) cooperates and can be fixed relative to the housing (31) of the transmission.

4. Gasturbinenanlage nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungen einzeln oder beide in Kombination durchführbar sind.4. Gas turbine plant according to claim 2 or 3 »characterized in that the locks individually or both in combination are feasible.

5. Gasturbinenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse des Turbinenbereiches neben dem Verdichter und der Verdichterturbine einen oder - unter Ersatz nur veniger Bauteile - zvei Läufer (15, 16) aufveist.5. Gas turbine plant according to one of claims 1 to 4, characterized in that the housing of the turbine area next to the compressor and the compressor turbine one or - under Replacement of only a few components - two rotors (15, 16) available.

6. Gasturbinenanlage nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzturbine zvei starr miteinander verbundene Läuferstufen (15, 16) aufveist.6. Gas turbine plant according to claim 5 »characterized in that the power turbine has two rotor stages (15, 16) that are rigidly connected to one another.

7. Gasturbinenanlage nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzturbine zvei getrennte Läufer (I5a, 16a) aufveist, die mittels des Planetengetriebes (19) miteinander verbunden sind, vobei einer der Läufer an den Planetenradträger (24) und. der andere Läufer an das größere Sonnenrad (33) oder das kleinere Ringrad (34) angeschlossen ist.7. Gas turbine plant according to claim 5 »characterized in that the power turbine has two separate rotors (I5a, 16a) which are connected to one another by means of the planetary gear (19), vobei one of the runners to the planet carrier (24) and. the other rotor to the larger sun gear (33) or the smaller one Ring wheel (34) is connected.

8. Gasturbinenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die übersetzungsänderungen im Bereich des abgestuften Planetengetriebes (19) über ein variables Getriebe (52, 60) erzielbar sind.8. Gas turbine plant according to one of claims 1 to 8, characterized in that the translation changes in the region of the stepped planetary gear (19) via a variable gear (52, 60) are achievable.

9. Gasturbinenanlage nach Anspruch 8 mit einer Leistungsrückführung zur Verdichterturbine über ein stufenlos änderbares Ubersetzungs-9. Gas turbine plant according to claim 8 with a power return to the compressor turbine via an infinitely variable transmission

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Gear, characterized in that the gear (60) for changing the transmission ratio of the overall system and the gear (28) for the return of power to the compressor turbine (11) are designed essentially the same.

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